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바람을 분석한다

작성일2014.03.11

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작성자 : 기자단

 

  지난 2월 호서대 아산캠퍼스에서 자작 자동차를 만드는 대학생들을 대상으로 한 유체해석프로그램 교육이 진행되었습니다. Formula 차량에 흐르는 바람을 분석하여 겉 카울을 제작하는 방법을 교육했고, 대학생들이 자작 포뮬러(f1) 차량에 적용할 수 있도록 자작 자동차 동아리 13개 학교에서 50명이 모여 교육을 받았습니다. 이 교육은 종합공학 컨설팅 전문기업인 경원테크에서 대학생들을 위해 많은 도움을 주셨습니다. 8월에 있을 KSAE대회 포뮬러 차량의 학술적 발전을 모색하는 자리였습니다.

 


  먼저, 자동차를 만드는 데 왜 바람을 분석해야 하는지 알아보겠습니다. 자동차는 고속으로 달릴수록 엄청난 압력을 견디며 힘으로 뚫고 나가야 합니다. 이 과정에서 얼마나 효율적으로 차가 만들어졌는지 보여주는 수치가 바로 '공기저항계수(Cd)'입니다. 세계적으로 고연비와 친환경을 중요시하는 지금 시점에서 공기 저항을 줄이는 연구는 중요한 과제입니다. 공기의 흐름에 대항하는 계수로서 일반적으로 Cd로 표시하며, 이 수치가 적어지면 적어질수록 공기 저항이 작은 차가 됩니다. 일반적으로 공기저항계수가 10% 낮아지면, 즉 공기 저항을 10% 줄이면 연비는 2% 정도 좋아집니다.

 

사진 구본우

 

 공기 저항이 작은 차량은 연비는 물론 같은 엔진 성능이면, 최고 속도가 높아집니다. 따라서 공기 저항 계수인 Cd 값을 작게 하는 형상의 자체가 요구됩니다. Body의 공기저항을 줄이는 방법은 쉽게는 보디 표면과 흐르는 공기가 자연스럽게 흘러가게 하는 것이며, 그러기 위해서는 보디를 매끄러운 형상으로 하여 굴곡을 줄여야 합니다. 또 공기 저항을 작게 즉 공기가 원활하게 흐르게 하는 것이 바람 가르는 소리를 억제하여 실내 소음을 방지하는 중요한 요소입니다. 

 

 

  무조건 공기저항계수를 작게 한다고 좋은 것은 아닙니다. 어떤 차를 만드는지에 따라 조정하여야 합니다. 대학생들이 만드는 자동차는 경주용 Formula이기 때문에 높은 속도와 빠른 커브를 위해 바람을 적절히 분석하여 이용해야 합니다. 간단히 바람을 분석하는 프로그램과 원리에 대해 알아보겠습니다.

 


사진 구본우


  오늘 교육받은 프로그램은 Simerics로 유체유동해석(CFD)프로그램입니다. 대부분의 3D 프로그램처럼, 스케치하여 그리기를 시작합니다. 카티아, 솔리드웍스, 프로가 등의 설계프로그램 분야 도면을 불러옵니다. 우리가 관측하고 싶은 데이터는 차체의 주변의 공기 유동이므로, 차제만 만들어서는 계산이 되질 않습니다. 따라서 아래 사진에서처럼 자동차 주변에 큰 공간을 생성해 줍니다. 

 

 


 

사진 구본우

 

  그 후 분석점인 메쉬를 생성합니다. 메쉬를 생성할 때에는 관찰할 목적과 물체의 종류, 그리고 유체의 예상 유동에 따라서 노련하게 조밀도를 배분해야 합니다. 따라서 이 경우에서는 일단 기본 설정으로 메쉬를 생성하고 난 후에, 약간의 변화를 줍니다. 경계면 설정에서 유체를 어떤 방식으로 움직일 것인가 중 속도 설정을 사용하여, 불어오는 바람의 속도를 시속 100km로 설정할 수 있습니다. 

 

 

  이런 과정들을 거쳐 자동차에 흐르는 바람을 분석합니다. 현재 교육을 받은 대학생들도 국내 KSAE Formula 대회, 미국 SAE 대회 등 다양한 경주를 위해 분석에 매진하고 있습니다. 바람을 분석하고, 그에 맞는 차체의 움직임, 굴곡을 조절함으로써 더 빠른 속력, 안정된 주행, 적은 소음 등이 가능해질 것입니다. 더 나은 미래 자동차를 위해 대학생들의 유체유동해석프로그램 교육과정이었습니다. 참가 학생들은 자신의 차량을 여러 가정하에 분석할 수 있게 됬다며 기뻐했습니다. 한국 대학생 자동차 연구회 화이팅!

 


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